Mirko Sonntag, Doktorand in der von Dr. Kai Sohn geleiteten Abteilung In-vitro-Diagnostik am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, hat am 22. Mai 2025 erfolgreich seine Doktorarbeit an der Eberhard Karls Universität Tübingen verteidigt. Unter der fachkundigen Betreuung von Sohn und in Zusammenarbeit mit den Tübinger Professoren Dr. Andreas Peschel und Dr. Peter Loskill als Doktorväter schloss er damit seine Dissertation mit dem Titel »Cell-free DNA as biomarker molecule to assess sepsis from a diagnostic point of view« ab.

Die Forschung von Mirko Sonntag widmet sich einem der drängendsten Probleme im Gesundheitswesen: der Sepsis. Sepsis ist ein lebensbedrohliches Syndrom, das durch Organdysfunktion infolge einer Infektion gekennzeichnet ist. Angesichts der hohen Inzidenz und Sterblichkeit von Sepsis sowie der wachsenden Bedrohung durch antimikrobielle Resistenzen (AMR) ist eine zuverlässige und schnelle Diagnose von entscheidender Bedeutung. Die aktuellen Standards, die auf Kulturen der Erreger basieren, erlauben dies nur eingeschränkt.

In seiner Dissertation zielte Sonntag darauf ab, die Sepsisdiagnostik durch den Einsatz von Next-Generation Sequencing (NGS) von zellfreier DNA (cfDNA) zu revolutionieren. Eine zentrale Errungenschaft seiner Arbeit ist die Entwicklung einer Plattform, die den gleichzeitigen Nachweis von Sepsiserregern und AMRs ermöglicht. Die innovative Methode SUPSETS nutzt Suppressions-PCR und Nanopore-Sequenzierung, um Pathogene und AMRs schnell und kosteneffizient zu identifizieren. Erste Studien mit einem Panel von 8 Erregern und 15 AMRs zeigen vielversprechende Ergebnisse im Vergleich zu traditionellen Methoden.

Darüber hinaus untersucht die Dissertation die Wirtsreaktion durch die Analyse von kurzer doppelsträngiger cfDNA, auch bekannt als Footprint-DNA. Diese spezielle Form der cfDNA ist nur etwa 35 bis 70 Basenpaare kurz und durch die Bindung an regulatorische Proteine, wie z. B. Transkriptionsfaktoren, vor dem Nuklease-Verdau geschützt. Im Rahmen der Dissertation entwickelte Sonntag eine Anreichungs- und Analysemethode entwickelt, um Biomarker zur Diagnostik verschiedenster klinischer Indikationen und physiologischer Parameter zu identifizieren. Sonntag konnte beispielsweise erfolgreich Biomarker identifizieren, die eine Unterscheidung zwischen Sepsis und nicht-infizierten Kontrollen oder zwischen Pankreaskrebs und Darmkrebs ermöglichen. Zudem identifizierte er spezifische Biomarker, die zwischen bakterieller und viraler Sepsis differenzieren und den Verlauf sowie Ausgang einer Sepsis vorhersagen können.

Die Ergebnisse seiner Forschung ermöglichen somit eine umfassende Sicht auf die Sepsis-Diagnostik und haben das Potenzial, die Behandlung von Sepsis-Patienten erheblich zu verbessern.

Die Doktorarbeit führte zu folgenden Publikationen:

• Sonntag, Mirko, Vanessa K. Elgeti, Yevhen Vainshtein, Lucca Jenner, Jan Mueller, Thorsten Brenner, Sebastian O. Decker, and Kai Sohn. 2024. "Suppression PCR-Based Selective Enrichment Sequencing for Pathogen and Antimicrobial Resistance Detection on Cell-Free DNA in Sepsis—A Targeted, Blood Culture-Independent Approach for Rapid Pathogen and Resistance Diagnostics in Septic Patients" International Journal of Molecular Sciences 25, no. 10: 5463. https://doi.org/10.3390/ijms25105463
• Jan Müller, Christina Hartwig, Mirko Sonntag, Lisa Bitzer, Christopher Adelmann, Yevhen Vainshtein, Karolina Glanz, Sebastian O Decker, Thorsten Brenner, Georg F Weber, Arndt von Haeseler, and Kai Sohn. 2024. "A novel approach for in vivo DNA footprinting using short double-stranded cell-free DNA from plasma" Genome Research 34(8):1185-1195. https://doi.org/10.1101/gr.279326.124
• Mirko Sonntag, Jan Müller, Thorsten Brenner, Sebastian O. Decker, Arndt von Haeseler, Kai Sohn, the German Anaesthesia and Intensive Care Trials Group (GAIN-CARE) 2025 “Human in vivo footprints from blood plasma samples for improved diagnostics in septic patients” https://doi.org/10.1101/2025.01.29.25320179

Wir gratulieren Mirko Sonntag herzlich zu seinem herausragenden Erfolg und wünschen ihm viel Erfolg bei seiner zukünftigen Forschung in der In-vitro-Diagnostik, bei der er auf den wichtigen Erkenntnissen und Ergebnissen seiner Doktorarbeit aufbauen kann!